JP7211580B2

JP7211580B2 - 鋼管杭

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Publication number: JP7211580B2
Application number: JP2021048837A
Authority: JP
Inventors: 隆彦榎本
Original assignee: 株式会社シグマベース
Priority date: 2021-03-23
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2023-01-24
Anticipated expiration: 2041-03-23
Also published as: JP2022147548A

Description

この発明は、鋼管杭本体である軸鋼管の先端に、回転により掘削推進力を発揮する端面板を有する先端部材が固定された回転圧入工法用の鋼管杭に関する。

回転圧入工法による鋼管杭として、鋼管杭本体である軸鋼管の先端に回転により掘削推進力を発揮する端面板を有する先端部材が固定された鋼管杭が広く採用されている。

特許文献１は拡底鋼管杭の発明であるが、従来の拡底鋼管杭（特開２００９－１２７２６７、特開２００２－２１７９４７等）では、鋼管杭本体である軸鋼管の先端に、掘削推進力を発揮する面積の広い拡底板４ないし拡底支持翼２’（特許文献１における端面板に相当）を固定しただけなので、小径の軸鋼管が大径の端面板の中央の狭い領域に集中荷重が作用することになり、端面板がその剛性の点で拡底部として必ずしも有効に働かないという問題に対して、特許文献１では軸鋼管の下側部分を大径の拡底側鋼管とし、この拡底側鋼管を端面板に溶接固定した構成としている。
これにより、すなわち、端面板に溶接固定される拡底側鋼管（下側の軸鋼管）が大径であることにより、端面板に作用する集中荷重が緩和され、先端部材が拡底部として有効に作用するというものである。

特開２０２1－００４５０２

特許文献１の拡底鋼管杭は上述の通り、鋼管杭本体である軸鋼管の下側部分を大径の拡底側鋼管としたことで、軸鋼管の全体が同径である従来の拡底鋼管杭と比較して、端面板への応力集中が緩和され、先端部材が拡底部として有効に作用するものであるが、軸鋼管の一部である拡底側鋼管が大径であることで、軸鋼管の鋼材費が高くなるという問題もある。

本発明は上記背景のもとになされたもので、軸鋼管と先端部材との間の回転トルクについての十分高い接合強度を確保可能であり、軸鋼管の下側部分を大径の拡底側鋼管とすることなく先端部材を拡底部として有効に機能させることが可能な鋼管杭を提供することを目的とする。

上記課題を解決する請求項１の発明は、
鋼管杭本体である、外径１６５．２ｍｍ・板厚５ｍｍ～外径３１８．５ｍｍ・板厚６ｍｍの範囲の単一外径の溶接鋼管からなる軸鋼管の先端に、回転により掘削推進力を発揮する端面板を有する先端部材が固定された、回転圧入工法による鋼管杭であって、
前記端面板は、前記軸鋼管の外周面より外側部分である鍔部に互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部を有し、
前記先端部材は、前記端面板の上面に、外周面は開先付き隅肉溶接により内周面は隅肉溶接により溶接固定された短尺のシームレス鋼管からなる台座鋼管を有し、
前記端面板の下面に垂直に溶接固定された掘削刃を有し、
前記先端部材の前記台座鋼管に前記軸鋼管の下端部が溶接固定されてなり、
前記台座鋼管の外径Ｄ１は前記軸鋼管の外径Ｄより大、内径Ｄ１’は前記軸鋼管の内径Ｄ’より小であり、
前記台座鋼管の高さＨは、前記台座鋼管の内径Ｄ１’の９０％以下であることを特徴とする。

請求項２は、請求項１の鋼管杭において、前記端面板は、その中心部に円形の中心穴を有し、前記掘削刃はその端面板側の縁部に前記中心穴に臨んで開口する切欠きを有することを特徴とする。

本発明によれば、軸鋼管が先端部材側に拡底側鋼管のような大径管部分を持たないので、軸鋼管の鋼材費が安く済む。
そして、端面板に固定された台座鋼管は、外周面は開先付き隅肉溶接により内周面は隅肉溶接により溶接固定されているので、鋼管杭本体である軸鋼管と端面板との間の回転トルクについての十分高い接合強度を確保可能であり、軸鋼管の下側部分を大径管（大径の拡底側鋼管）にしなくても鋼管杭打設時の大きな回転トルクに対応することができる。
また、台座鋼管の長さＬ１が台座鋼管内径の９０％以下であれば台座鋼管の端面板に対する内面溶接の溶接作業が可能である。
なお、拡底側鋼管のような大径管でないことで、端面板の中央部の狭い領域に集中荷重が作用することに関しては、端面板の板厚を厚くすることで対応することができる。

請求項２によれば、端面板の中心部に円形の中心穴を有し、端面板の下面中央に固定された掘削刃が前記中心穴に臨んで開口する切欠きを有するので、支持力を損なうことなく推進力を向上させることが可能となる。
すなわち、端面板の中心の中心穴は、掘削土の抵抗を低減させて推進力を向上させ、一方、掘削刃に設けた切欠きは、掘削土の中心穴内への侵入を制御して掘削土を適度に管内に侵入させ、推進力向上と支持力確保の両者をバランスよく確保できる。

本発明の一実施例の鋼管杭の長さの一部を省略した全体図である。図１のＡ部の要部断面による拡大図である。図２のＢ－Ｂ断面図（但し裏当て金の図示は省略）である。（イ）は図３のＣ―Ｃ要部断面図である。図２における掘削刃のみを示した図である。図２の要部拡大図である。図２、図４、図６における裏当て金の詳細図であり、（イ）は裏当て金の側面図、（ロ）は平面図、（ハ）は斜視図である。図２における台座鋼管と端面板との溶接部の溶接要領を説明する図である。

以下、本発明の鋼管杭を実施するための形態について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の鋼管杭１は、鋼管杭本体である軸鋼管２の先端に、回転により掘削推進力を発揮する端面板３を有する先端部材４が固定された鋼管杭であり、回転圧入工法によって地盤に貫入される。

図２は図１のＡ部の要部断面による拡大図、図３は図２のＢ－Ｂ断面図（但し裏当て金の図示は省略）である。
前記先端部材４は、前記端面板３の上面に溶接固定された厚肉短尺の台座鋼管５を有し、前記端面板３の下面に垂直に溶接固定された掘削刃６を有している。

前記端面板３は、前記台座鋼管５の外周面より外側部分である鍔部７に互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部８ａ、８ｂを有している。図示例では端面板３の直径方向両側に傾斜面部８ａ、８ｂを設けている。なお、傾斜面部８ａ、８ｂは端面板３の直径方向の片側だけに設けてもよい。
また、端面板３の中心部には中心穴３ａを設けている。

前記掘削刃６は、図２～図５（図５に単独図）に示すように端面板３側に、互いに平行な両辺６ｂを有しその先端側部分６ｃが三角形状である五角形家形をなしており、端面板３の前記中心穴３ａに臨んで開口する切欠き６ａを有している。
この実施例の切欠き６ａの形状は、幅が前記中心穴３ａの直径ｄ_２と同寸法であり、掘削刃６の全体輪郭である五角形と概ね相似の五角形としている。

図２～図５において、前記軸鋼管２の外径をＤ、内径をＤ’、板厚をｔで示す。前記台座鋼管５の外径をＤ１、内径をＤ１’、板厚をｔ１で示す。前記端面板３の外径をＤ２、板厚をｔ２、中心穴径をｄ２で示す。
前記台座鋼管５の外径Ｄ１は、図３にも示す通り軸鋼管２の外径Ｄより大であり、内径Ｄ１’は軸鋼管２の内径Ｄ１’より小である。
台座鋼管５の高さ寸法（深さ）Ｈは、端面板３への内面溶接が可能な深さとするが、後述する表１に記載の数値の通りであり、台座鋼管５の内径の９０％以下にするとよい。

本発明の鋼管杭において実施が想定される各部の寸法を表１「鋼管杭の各部の寸法」に示す。
軸鋼管２の外径サイズ（外径Ｄ）として５種類（１６５．２ｍｍφ、１９０．７ｍｍφ、２１６．３ｍｍφ、２６７．４ｍｍφ、３１８．５ｍｍφ）を想定している。
表１には、軸鋼管２について前記５種の各サイズ（外径Ｄ、内径Ｄ’、板厚ｔ）に対応する台座鋼管５の各サイス（外径Ｄ１、内径Ｄ１’、板厚ｔ１）を示している。
また、軸鋼管２及び台座鋼管５の５種の各サイズに対して端面板３の４種～６種の外径Ｄ２・板厚ｔ２、及び１種又は２種の中心穴径Ｄ０を示している。
端面板３については、軸鋼管２の外径Ｄのそれぞれのサイズ毎の複数種の外径Ｄ２・板厚ｔ２について１～１１のナンバーを付して示している。

表１に記載の通り、台座鋼管５はその板厚が顕著に厚いので、溶接鋼管ではなくシームレス鋼管（継目無鋼管）を用いている。なお、市況品の溶接鋼管の外径は最大で３１８．５ｍｍまであるが、表１に記載の台座鋼管５の各サイズに記載の板厚のものは溶接鋼管には存在しない。
前記台座鋼管５の端面板３への溶接は、内面は隅肉溶接、外周面は開先付きの隅肉溶接の内外面溶接であり、十分堅固に端面板３に溶接固定されている。
この場合、図８に示すように、台座鋼管５の外周面側に開先を設けかつ下端面と端面板３との間に隙間（ルート間隔ａ、ルート幅ｂ）をあけて、外周面側からの開先付き隅肉溶接により完全溶け込み溶接を行い、次いで内周面の隅肉溶接を行う。
これにより、台座鋼管５の端面板３への溶接接合は十分堅固な溶接接合を実現できる。

軸鋼管２と台座鋼管５との間の溶接は、図２及びその要部拡大図である図６、図４に示すように裏当て金９を用いて溶接する。なお、図６では裏当て金９に断面を示すハッチングを省略している。
この裏当て金９は、詳細を図７（イ）、（ロ）、（ハ）に示すように、大径部分９ａと小径部分９ｂとが段差部分９ｃを介在させて一体連続してなるとともに、周方向の一部に切込み（間隙）９ｄを有して非閉鎖円形断面をなし、弾性的に径が縮小可能とされている構造である。
裏当て金９の大径部分９ａの外径Ｄ４は軸鋼管２の内径Ｄ’より僅かに小径であり、小径部分９ｂの外径Ｄ５は台座鋼管５の内径Ｄ１’より僅かに大径である。
したがって、この裏当て金９の小径部分９ｂを台座鋼管５に嵌め込むと、その段差部９ｃが台座鋼管５と軸鋼管２との間の内面段差部に載る態様で、かつ、小径部分９ｂが台座鋼管５に緊密に嵌合する。
その状態で軸鋼管２を台座鋼管５に溶接接続する。従来のように軸鋼管を端面板に直接溶接固定する構造では裏当て金有りの突合せ溶接接続が不可能であるのに対して、裏当て金有りの突合せ溶接接続をすることができるので、完全溶け込み溶接が可能であり、軸鋼管２の端面板３側に対する十分な接合強度を確保できる。
これにより、鋼管杭本体である軸鋼管２と端面板３との間の回転トルクについての十分高い接合強度を確保可能であり、台座鋼管５が大径管でなくても鋼管杭打設時の大きな回転トルクに対応することができる。
なお、溶接方式として被覆アーク溶接、ＭIＧ溶接、ＭＡＧ溶接、ＴＩＧ溶接等のうち特にＭＡＧ溶接が適切である。

なお、台座鋼管５が拡底側鋼管のような大径管でないことで、端面板の中央部の狭い領域に集中荷重が作用することに関しては、端面板３の板厚を厚くすることで対応することができる。
具体的には、表１における「端面板」欄に記載のサイズを採用すれば、十分大きな回転トルクについて十分高い接合強度を確保可能であり、台座鋼管５が大径管でなくても鋼管杭打設時の大きな回転トルクに対応することができる。
特に、表１における「端面板」欄の「ナンバー（Ｎo．）」欄のＮo.１，３，５，９，１１等の端面板３を採用する場合には、顕著に大きな回転トルクについて十分高い接合強度を確保可能であり、台座鋼管５が大径管でなくても鋼管杭打設時の顕著に大きな回転トルクに対応することができる。
なお、本発明における台座鋼管５は主としてシームレス鋼管を想定しているが、板厚ｔ１として１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍのうち、板厚１０ｍｍのものは溶接鋼管にも存在するので、溶接鋼管を使用してもよい。

また、台座鋼管５が拡底側鋼管のような大径管でないことで、端面板３における鍔部の領域を外径は同じでも半径方向に広くとることができるので、鍔部の傾斜面部の半径方向の幅を広くとることが可能となり、掘削力を高めることにつながる。
この場合、前述の集中荷重への対応ととして端面板３の板厚を厚くすることは、掘削作用に直接関わる上下逆向き傾斜の傾斜面部８ａ、８ｂの板厚を厚くすることでありその剛性を高くすることであるから、前述の集中荷重への対応と同時に、掘削力の向上も兼ねることになる。

前記先端部材４の機能についてさらに説明すると、端面板３の中心部に円形の中心穴３ａを有し、端面板３の下面中央に固定された掘削刃６が前記中心穴３ａに臨んで開口する切欠き６ａを有するという構成により、支持力を損なうことなく推進力を向上させることが可能となる。
すなわち、端面板３の中心穴３ａは、回転圧入時に端面板３に対する掘削土からの圧力を低減させる圧抜きとして作用する。すなわち、掘削土の抵抗を低減させて推進力を向上させる効果（したがって、施工性の向上）を奏する。
この場合、掘削刃６が端面板３の中心穴３ａに位置していても、前記中心穴に臨んで開口する切欠き６ａを有するので、掘削土が中心穴内（鋼管内）に侵入することをそれほど妨げない。すなわち、掘削刃６に設けた切欠き６ａは、掘削土の中心穴内（鋼管内）への侵入に対する制御作用を奏する。
このように、端面板３の中心部にあけた中心穴３ａと掘削刃６側に形成した切欠き６ａとが、相互に影響し合い協働して作用し、圧抜きの作用を損なうことなく、掘削土が管内に侵入することによる一定の閉塞効果を奏して支持力を確保できる。
上記の通り、本発明において端面板３の下面中央に固定された掘削刃６が中心穴３ａに臨んで開口する切欠き６ａを有するという構成により、推進力を向上させることが可能となるので、回転圧入する際に求められる大きな推進力に対応することができる。

また、地中に礫、転石、その他の軽い地中障害のために端面板３の推進が難儀する場合でも、端面板３の下面に五角形家形の掘削刃６を固定した構成により、円滑な端面板推進が可能となり、施工性が向上する。
また、掘削刃６の切欠き６ａの形状が掘削刃６の五角形家形と相似の五角形家形なので、五角形家形の掘削刃６が土をほぐす作用と、切欠き６ａの作用（掘削土の中心穴内（鋼管内）への侵入に対する制御作用）とが協働して作用し、支持力を損なうことなく推進力を向上させる効果を一層高めることができる。
なお、実施例の切欠き６ａの形状（内縁形状）は、掘削刃６の形状と概ね相似形であるが、三角形部分は例えば半円弧状等であってもよい。また、切欠き６ａの幅は実施例のように、中心穴３ａの直径に合わせるのが適切であるが、必ずしも合わせなくてもよい（幅が若干広くても狭くてもよい）。

表１に実施例で想定される鋼管杭の各部の寸法を示す。

１鋼管杭
２軸鋼管
３端面板
３ａ中心穴
４先端部材
５台座鋼管（厚肉短尺の台座鋼管）
６掘削刃
７鍔部
８ａ（上向き）傾斜面部
８ｂ（下向き）傾斜面部
９裏当て金
Ｄ軸鋼管の外径
Ｄ’ 軸鋼管の内径
ｔ軸鋼管の板厚
Ｄ１台座鋼管の外径
Ｄ１’ 台座鋼管の内径
ｔ１台座鋼管の板厚
Ｄ２端面板の外径
Ｄ２’端面板の内径
ｔ２端面板の板厚
ｄ２中心穴
Ｄ４裏当て金の大径部分の外径
Ｄ５裏当て金の小径部分の外径

Claims

鋼管杭本体である、外径１６５．２ｍｍ・板厚５ｍｍ～外径３１８．５ｍｍ・板厚６ｍｍの範囲の単一外径の溶接鋼管からなる軸鋼管の先端に、回転により掘削推進力を発揮する端面板を有する先端部材が固定された、回転圧入工法による鋼管杭であって、
前記端面板は、前記軸鋼管の外周面より外側部分である鍔部に互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部を有し、
前記先端部材は、前記端面板の上面に、外周面は開先付き隅肉溶接により内周面は隅肉溶接により溶接固定された短尺のシームレス鋼管からなる台座鋼管を有し、
前記端面板の下面に垂直に溶接固定された掘削刃を有し、
前記先端部材の前記台座鋼管に前記軸鋼管の下端部が溶接固定されてなり、
前記台座鋼管の外径Ｄ１は前記軸鋼管の外径Ｄより大、内径Ｄ１’は前記軸鋼管の内径Ｄ’より小であり、
前記台座鋼管の高さＨは、前記台座鋼管の内径Ｄ１’の９０％以下であることを特徴とする鋼管杭。
前記端面板は、その中心部に円形の中心穴を有し、前記掘削刃はその端面板側の縁部に前記中心穴に臨んで開口する切欠きを有することを特徴とする請求項１記載の鋼管杭。